VDI 3782 Blatt 1-2016 Environmental meteorology - Atmospheric dispersion models - Gaussian plume model for the determination of ambient air characteristics.pdf

1、ICS 07.060, 13.040.01 VDI-RICHTLINIEN Januar 2016 January 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Umweltmeteorologie Atmosphrische Ausbreitungsmodelle Gausches Fahnenmodell zur Bestimmung von Immissionskenngren Environmental meteorology Atmospheric dispersion models Gaussian plume model for the determinati

2、on of ambient air characteristics VDI 3782 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundesanzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this st

3、andard has been subject to public scrutiny af-ter announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenaussch

4、uss KRdL Fachbereich Umweltmeteorologie VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1b: Umweltmeteorologie Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:08.09Formeredition:08/09Zu beziehendurch /Available atBeuthVerlagGmbH,107

5、72 BerlinAlleRechtevorbehalten/All rightsreserved(a)VereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 1 Anwendungsbereich 2 2 Begriffe . 3 3 Formelzeichen 6 4 Rechenmethode . 8 4.1 Ausbreitungsgleichung 10 4.2 Deposition von Gasen und Aerosolen 10 4.3 Sedimentati

6、on von Aerosolen 13 5 Emission . 14 6 Effektive Quellhhe . 15 7 Meteorologische Einflussgren 16 7.1 Windgeschwindigkeit 16 7.2 Windrichtung . 17 7.3 Ausbreitungsklassen 18 7.4 Ausbreitungsparameter 19 7.5 Ausbreitungssituation 20 7.6 Mischungsschichthhe . 21 8 Unsicherheitsbereich der berechneten Im

7、missionskenngren . 21 9 Anwendung bei greren Entfernungen 22 10 Chemische Umsetzungen 23 10.1 Definitionen . 23 10.2 Lebensdauer von Stickstoffmonoxid in Abgasfahnen 24 10.3 Lebensdauern anderer Spurenstoffe . 25 10.4 Chemische Umsetzungen in Khlturmfahnen 25 10.5 Rechenmethode . 26 Anhang A Ausbrei

8、tungsrechnungen fr rumlich ausgedehnte Quellen . 26 Anhang B Bestimmung des Faktors a(x) . 27 Anhang C Festlegung der Ausbreitungsparameter . 28 Anhang D Beispielrechnungen 29 Schrifttum 36 Preliminary note 2 1 Scope 2 2 Terms and definitions 3 3 Symbols 6 4 Computing method 8 4.1 Dispersion equatio

9、n . 10 4.2 Deposition of gases and aerosols . 10 4.3 Sedimentation of aerosols 13 5 Emission . 14 6 Effective source height 15 7 Meteorological factors . 16 7.1 Wind velocity. 16 7.2 Wind direction . 17 7.3 Dispersion categories . 18 7.4 Dispersion coefficients 19 7.5 Dispersion situation . 20 7.6 M

10、ixing layer height 21 8 Uncertainty range of the calculated air pollutant data 21 9 Application to large distances 22 10 Chemical conversions . 23 10.1 Definitions . 23 10.2 Lifetime of nitrogen monoxide in stack gas plumes 24 10.3 Lifetimes of other trace substances 25 10.4 Chemical conversions in

11、cooling tower plumes25 10.5 Computing method 26 Annex A Dispersion calculations for sources extended in space 26 Annex B Determination of the factor a(x) . 27 Annex C Determining the dispersion coefficients 28 Annex D Example calculations 29 Bibliography 36 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0

12、D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1D29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-05 2 VDI 3782 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen

13、 der Richt-linie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbe-dingun

14、gen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3782. Preliminary not

15、e The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), stor-age in data processing systems and translation, ei-ther

16、 of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all ava

17、ilable parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3782. 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie beschreibt ein Verfahren zur rechnerischen Ermittlung der stationren Immis-sionskonzentrationen und Immissionsmassenstrme anthropogen emittierter Stoffe in der

18、Umgebung von einzelnen Quellen oder Vielquellensystemen fr einen Entfernungsbereich bis 100 km. Die Rechenmethode setzt ebenes Gelnde, unge-strte Ausbreitung sowie Windgeschwindigkeiten grer als 1 ms1voraus. Gebude- und Gelnde-einflsse werden nicht bercksichtigt. Das in dieser Richtlinie beschrieben

19、e Rechenver-fahren ist auf Gase und Stube (Aerosole) anwend-bar. Der Prozess der Sedimentation wird beschrie-ben. Das Rechenverfahren bercksichtigt in erster Nherung die trockene und die nasse Deposition so-wie chemische Umwandlungen. Durch Einfhrung von mittleren Mischungsschichthhen wird Be-schrnk

20、ungen des vertikalen Austauschs Rechnung getragen. Die Quellen knnen Punkt-, Linien-, Fl-chen- oder Volumenquellen sein. Bei der Anwendung der Rechenmethode auf Einzel-situationen ist die Aussagekraft gering. Erst die sta-tistische Auswertung vieler Einzelsituationen ergibt verlssliche Aussagen. Die

21、 Rechenmethode dient damit in erster Linie der Berechnung von Jahreszeiten- oder Jahresmittel-werten der bodennahen Immissionskonzentration; ber die Ermittlung des Immissionsmassenstromes der trockenen und nassen Deposition ist eine Ab-schtzung des Bodeneintrags mglich. Aussagen fr krzere Zeitrume s

22、ind statistisch nicht gengend gesichert. 1 Scope This standard describes a method for calculating the steady-state air concentrations and mass fluxes of anthropogenic emissions in the vicinity of individ-ual sources or multiple source systems for a distance up to 100 km. The method of calculation as

23、sumes flat terrain, un-disturbed dispersion, and wind velocities greater than 1 ms1. The effects of buildings or terrain are not taken into account. The computing procedure described in this standard is applicable to gases and dusts (aerosols). The sed-imentation process is described. In a first app

24、roxi-mation, the computing procedure takes into account dry and wet deposition and chemical conversions. By introducing mean mixing layer heights, re-strictions on vertical exchange are taken into ac-count. The sources can be point sources, line sources, area sources, or volume sources. When the com

25、puting method is applied to individual situations, the results are not very meaningful. Meaningful results are only obtained from the sta-tistical evaluation of many individual situations. The computing method is thus primarily used to cal-culate seasonal or annual means of air concentra-tions near

26、the ground; it is possible to estimate soil input via determination of the mass fluxes of dry and wet deposition. Data for shorter time periods are in-sufficiently statistically verified. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1D29BEST BeuthStandardsC

27、ollection - Stand 2016-05All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3782 Blatt 1 / Part 1 3 Mit den erwhnten Einschrnkungen kann die Re-chenmethode zur Berechnung von Perzentilen und berschreitungshufigkeiten von Stundenmittel-werten, bezogen auf eine Jahreszeit oder ei

28、n Jahr, benutzt werden. Hierbei wird die mit dem Modell berechnete stationre Immissionskonzentration als Stundenmittelwert interpretiert. Die Richtlinie kann zur Analyse von Immissionen in Bezug auf verursachende Quellen, jedoch auch auf Vielquellensysteme angewendet werden. Die Rechenzeit ist im Ve

29、rgleich zu aufwendigeren Modellen, wie Partikelmodelle nach VDI 3945 Blatt 3, relativ kurz. Die Richtlinie ersetzt keine Rechenverfahren, die in ein geschlossenes Immissionsbeurteilungssystem eingebunden sind (z. B. Rechenverfahren nach TA Luft). Die Rechenmethode darf nicht angewendet werden, um ze

30、itabhngige Immissionssituationen (z. B. im Zusammenhang mit meteorologischen Zeitreihen) durch eine Folge von Einzelsituationen zu simulie-ren. In diesen Fllen und bei hheren Genauigkeits-anforderungen sind andere Rechenmethoden z. B. ein Partikelmodell nach VDI 3945 Blatt 3 einzuset-zen. Die Anford

31、erungen an die Eingangsdaten bezglich der Quellen und der meteorologischen Einflussgr-en werden aufgefhrt. Es werden Verfahren zur Bestimmung des vertikalen Windprofils und der Ausbreitungsparameter behandelt. Verfahren zur Bestimmung der Ausbreitungsklasse werden in Richtlinie VDI 3782 Blatt 6 beha

32、ndelt. Die in den verschiedenen Abschnitten dieser Richt-linie aufgefhrten Voraussetzungen der Anwend-barkeit dieser Richtlinie sind sorgfltig zu prfen (siehe insbesondere Abschnitt 4); dazu sind Fach-kenntnisse erforderlich. With the limits mentioned, the computing method can be used to calculate p

33、ercentiles and excess fre-quencies of hourly means, related to a season or a year. In this case the steady-state air concentration calculated using the model is interpreted as an hourly mean. The standard can be used to analyze air pollution with respect to emission sources, and can also be ap-plied

34、 to multiple source systems. The computing time is relatively short compared with more complex models, for example the particle model as described in VDI 3945 Part 3. The standard does not replace computing proce-dures which are incorporated into a closed air pollu-tion evaluation system (for exampl

35、e computing pro-cedures as described in the German TA Luft). The computing method may not be used to simulate time-dependent emission conditions (for example in conjunction with meteorological time series) by a number of individual situations. In these cases, and when higher accuracy is required, ot

36、her computing methods have to be used, for example a particle model as described in VDI 3945 Part 3. The requirements of the input data with respect to sources and meteorological parameters are listed, and procedures are described for determining the vertical wind profile and the dispersion coeffici

37、ents. Procedures to determine the dispersion categories are described in Standard VDI 3782 Part 6. The preconditions listed in the various sections of this standard for its applicability have to be checked carefully (see especially Section 4); this requires specialist knowledge. 2 Begriffe Fr die An

38、wendung dieser Richtlinie gelten die fol-genden Begriffe: Abgasfahne stationre Konzentrationsverteilung eines Spu -renstoffs, die von dem gauschen Fahnenmodell be-schrieben wird Abgasfahnenberhhung vertikaler Versatz der Abgasfahne aufgrund von thermischem Auftrieb und Vertikalimpuls ber die Bauhhe

39、der Quelle Aerosol Fester oder flssiger Spurenstoff, der in der Luft schwebt oder langsam absinkt ( Sedimentation) 2 Terms and definitions For the purposes of the standard, the following terms and definitions apply: stack gas plume steady-state concentration distribution of a trace substance describ

40、ed by the Gaussian plume model stack gas plume rise vertical displacement of the stack gas plume, as a result of thermal buoyancy and vertical momentum, above the height of the source aerosol solid or liquid trace substance, which is sus-pended in the air or slowly sinks ( sedimentation) B974908A824

41、A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1D29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-05 4 VDI 3782 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 atmosphrische Schichtung thermische Stabilitt aufgrund des vertikalen Te

42、m-peraturgradienten, unterschieden nach Gleichge-wichtszustnden labil, indifferent, stabil Aufpunkt Ort mit den kartesischen Koordinaten x, y, z, fr den die Konzentration luftfremder Spurenstoffe er-mittelt wird Ausbreitungsklasse vereinfachte Charakterisierung des Turbulenzzu-stands und damit der V

43、erdnnungsfhigkeit der At-mosphre, z. B. nach der Klassierung von Klug/ Manier Ausbreitungsklassenstatistik (AKS) Hufigkeitsverteilung von verschiedenen Aus-breitungssituationen Ausbreitungsmodell (mathematisches Ausbreitungsmodell) mathematisches Verfahren zur Berechnung der Konzentration eines Spur

44、enstoffs, der von einer Quelle mit bekannter Quellstrke emittiert wird Anmerkung: Beim gauschen Fahnenmodell wird in Anleh-nung an analytische Lsungen der Transportgleichung die rumliche Konzentrationsverteilung in Form einer zweidimen-sionalen Gauverteilung angesetzt. Ein eulersches Ausbrei-tungsmo

45、dell lst Bilanzgleichungen in einem ortsfesten Koor-dinatensystem, ein Ausbreitungsmodell nach Lagrange beruht auf einer stochastischen Beschreibung des turbulenten Trans-ports in einem mit der mittleren Windgeschwindigkeit mitbe-wegten Koordinatensystem. Ausbreitungsparameter Faktoren und Exponente

46、n der empirischen Potenz-anstze fr die Abhngigkeit der Streuungen von der Quellentfernung Ausbreitungssituation durch Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Ausbreitungsklasse gekennzeichnete meteo rolo-gische Situation Auswaschrate Rate, mit der ein als Aerosol oder als irreversibel wasserlsliches G

47、as vorliegender Spurenstoff durch Niederschlag dem weiteren Transport in der Atmosphre entzogen wird Deposition Ablagerung eines Spurenstoffs an einer Grenzfl-che der Atmosphre, z. B. Erdboden, Gebudeober-flche Anmerkung: Man unterscheidet zwischen trockener Deposi-tion durch Anhaften, zufllige Berh

48、rung oder Sedi mentation und nasser Deposition infolge von Niederschlag. atmospheric stratification thermal stability resulting from the vertical temper-ature gradient classified, according to the stability states, as unstable, neutral, stable receptor point having the Cartesian coordinates x, y, z,

49、 for which the concentration of trace air pollutants is determined dispersion category simplified characterization of the turbulence state and thus of the dilution capacity of the atmosphere, for example according to the Klug/Manier classifi-cation dispersion category statistics frequency distribution of various dispersion situ -ations dispersion model (mathematical dispersion model) mathematical procedure for calculating the con-